
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

СОРБЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЦВЕТНЫХ И РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ РАСТВОРОВ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Работа №	102317
Тип работы	Авторефераты (РГБ)
Предмет	металлургия
Объем работы	48
Год сдачи	2021
Стоимость	250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	146

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Содержание

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 3
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ
ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 7
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 9
Заключение 49
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 50

Введение

Актуальность проблемы исследования
В условиях дефицита кондиционного минерального сырья, обогащаемого до концентратов для цветной металлургии, требуется внедрение прогрессивных комплексных технологий на всех стадиях его переработки, включая доизвлечение цветных и редких металлов из состава промежуточных продуктов и производственных отходов. Комплексная переработка металлургического сырья заключается в получении товарных продуктов с извлечением всех содержащихся в нем ценных компонентов, производство которых технически возможно и экономически целесообразно.
Создание новых безопасных для окружающей среды производств способствует экологическому оздоровлению промышленных территорий: утилизация
образующихся отходов, очистка и использование промышленных стоков, санация загрязненных водоемов и земель, снижение газопылевых выбросов в атмосферу и другие. Полученные при рекуперации из промежуточных продуктов дополнительные количества цветных и редких металлов компенсируют, отчасти, расходы предприятий, связанные с утилизацией не перерабатываемых отходов производства, содержанием промышленных полигонов, отвалов, рудо- и шламонакопителей.
При разработке рудных месторождений окружающая среда загрязняется, в основном, различными формами тяжелых металлов, содержащихся в поверхностных, подотвальных и шахтных водах. Для уменьшения загрязнения гидросферы предусмотрено вторичное использование очищенной воды в замкнутых ресурсосберегающих, безотходных процессах в промышленности, а также снижение водопотребления в производстве. Выделенные при очистке воды металлы и их соединения утилизируют в составе шихты пирометаллургических переделов.
Основными сырьевыми источниками индия являются отходы и промежуточные продукты производства цинка, и в меньшей степени, свинца и олова, содержащие 0,001-0,1 % металла. Предложена технология извлечения из технологических
растворов цинкового производства индия (1п = 12-200 мг/дм3) до остаточной
концентрации 1п < 1 мг/дм3 на модифицированном экстрагентом Д2ЭГФК
монтмориллоните «Метозоль» с выделением 1п-концентрата, откуда черновой металл извлекают цементацией на цинке или алюминии с последующим рафинированием.
Для переработки низко концентрированных по ценным компонентам технологических растворов и сточных вод необходимо дальнейшее совершенствование теории и практики наукоемких технологий, изыскание новых подходов к оптимизации существующих или созданию новых эффективных способов извлечения цветных и редких металлов, повышающих рентабельность производства и снижающих нагрузку на окружающую среду.
Перспективными для комплексной переработки рудного и техногенного сырья сложного состава представляются, в основном, менее экологически вредные гидрометаллургические методы, в частности, сорбция на синтетических ионитах и природных модифицированных алюмосиликатах, что определяет степень разработанности темы выполненных исследований.
Степень разработанности проблемы исследования
При выщелачивании металлургических пылей, возгонов, кеков и шлаков в зависимости от условий проведения процесса образуются растворы, содержащие цинк, медь, никель, свинец, железо, индий с концентрацией от 0,01 % и выше, обогащенные элементами-примесями, затрудняющими извлечение целевых металлов. Существующие схемы переработки, как правило, сложные и многостадийные, поскольку для извлекаемых металлов отсутствуют специфические химические реакции, позволяющие отделять их от нежелательных элементов-примесей, а применяемые методы избирательного осаждения и растворения, цементации, экстракции и сорбции также не вполне избирательные. Большое внимание в трудах отечественных ученых (Травкин В.Ф., Набойченко С.С., Козлов П.А., Казанбаев Л.А., Паньшин А.М., Мальцев Г.И. и др.) и зарубежных исследователей (Tomonaga H., Jiang J., Kondo T., Mottern M.L., Ghimbeu C.M. и др.) посвящено вопросу увеличения количества и качества получаемых цветных и редких металлов при одновременном снижении себестоимости производства. Однако оптимизация существующих и разработка новых технологий получения дополнительного количества цветных и редких металлов из технологических продуктов и отходов производства требует дополнительного изучения условий селективного выделения Zn, Cu, Ni, In из сложных по химическому и фазовому составам поликомпонентных жидких и твердых продуктов. В дополнение к ранее выполненным работам по переработке полиметаллических материалов проведено всестороннее экспериментальное исследование и обобщающий анализ основных физико-химических закономерностей процессов селективного извлечения и концентрирования ценных компонентов, воплощенных в разработанных и испытанных технологических схемах получения товарных продуктов, концентратов, очищенных от примесей и загрязнений производственных растворов и сточных вод...

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

Заключение

1. Установлены основные физико-химические закономерности адсорбции и сорбции ионов цветных и редких металлов в фазе органических смол и на поверхности минеральных сорбентов - высокодисперсных исходных и модифицированных монтмориллонитов (ММ):
а) степень извлечения ионов элементов (0, %) в зависимости от температуры, кислотности растворов и удельного расхода сорбентов:
• на органических сорбентах:
Purolite S955, Lewatit TP260: 95-99 In3+, Fe3+; 1-90 Zn2+, Fe2+;
Lewatit TP207: 99-99,9 Cu2+; 65-77 Ni2+; 21-30 Mn2+;
• на минеральных сорбентах:
КФГМ-7: 17-88 Mn; 32-47 Fe; 14-47 Pb; 64-95 Zn;
ММ: 28-99 Zn2+; 6-55 Fe2+; 9-97 Ni2+; 8-99 Cu2+; 49-51 Pb2+;
«Метозоль»: 40-70 In3+; 14-39 Fe3+;
б) СОЕ/ДОЕ сорбентов (ммоль/дм3) в широком диапазоне значений в зависимости от природы сорбтива:
• органические: (138-399)/(213-223) LewatitTP207; (57-228)/(-) PuroliteS955; (56-340)/(-) LewatitTP260; (4,5-117)/(-) LewatitTP272;
• минеральные: (2,3-5,4)/(-) «Экозоль-401»;(45-392)/(304-438) «Метозоль»; (23-26)/(1-12) КФГМ-7;
в) ряды селективности сорбентов к сорбтивам:
In3+: Lewatit TP260 > Purolite S955 > Lewatit TP272;
Fe3+, Zn2+: Purolite S955 > LewatitTP260 > LewatitTP272;
Ni2+, Zn2+, Cu2+: «Экозоль» > Vl1-a' > MM-Ca2+;
г) сорбция гидратированных катионов исследованных сорбтивов на органических и минеральных сорбентах соответствует моделям Ленгмюра и Фрейндлиха; для Ni2 + и Mn2+ в области высоких равновесных концентраций элементов выявлена ступенчатая адсорбция по модели Дубинина-Радушкевича на Lewatit TP207, вследствие преимущественного взаимодействия «сорбат-сорбат» по физическому механизму, обусловленному молекулярными силами притяжения;
д) сорбция катионов In3+, Fe3+, Zn2+ на органических смолах Purolite S955, Lewatit TP260, Lewatit TP272 и минеральном «Метозоль» протекает по механизму ионного обмена сорбтивов с противоионами функциональных групп сорбентов по типу «сорбент-сорбат»;
е) кинетические уравнения моделей псевдопервого (k1 = (0,04-3,24)-10-3 с-1; R12 = 0,91-0,99) и псевдовторого (k2 = (0,11-17,0)-10-3 с-1; R22 = 0,97-0,99) порядков удовлетворительно описывают равновесные характеристики по сорбции In3+, Fe3+, /,п2'с органическими смолами Purolite S955, Lewatit TP260, Lewatit TP272 и минеральным сорбентом «Метозоль», что допускает лимитирование процесса химической реакцией обмена;
ж) величины энергии активации (ДЕ = 6-35 кДж/моль) соответствуют
диффузионным процессам; для «Метозоль» и Fe3+ ДЕ = 47-70 кДж/моль, что также предполагает влияние стадии химического взаимодействия на скорость процесса.
з) в целом сорбция цветных и редких металлов на ионообменных хелатных смолах и неорганических модифицированных алюмосиликатах протекает в смешанном режиме, что подтверждено адекватностью моделей внешней и внутренней диффузии, а также химической кинетики.
2. Выявлены термодинамические параметры процесса взаимодействия In3+, Fe3+, Ni2+, Mn2+, Zn2+, Ог'с полифункциональными смолами Purolite S955, Lewatit TP260, TP272, TP207 и минеральными сорбентами «Метозоль», «Экозоль-401»:
• при сорбции 1п3+, Ре3+, Мп2+ положительные значения изменения энтальпии ДН, кДж/моль: < 50 синтезированные смолы; < 40 «Метозоль», характерны для эндотермического процесса;
• при сорбции 2п2+, Си2+, N12+ отрицательные значения изменения энтальпии - ДН, кДж/моль: < 16 монтмориллониты, характеризуют экзотермический эффект;
• положительные значения изменения энтропии ДЗ, Дж/мольК: 40-190 ионообменные смолы; 90-200 алюмосиликаты, вероятно характеризуют процессы разупорядочивания сольватных оболочек и дегидратации взаимодействующих сорбатов с полярными группами сорбентов;
• абсолютные величины изменения энергии Гиббса для синтезированных смол при сорбции относительно невелики: -ДО = 10-40 кДж/моль.
3. По данным ИК-спектрометрии для ряда элементов (Си, N1, 2п, 1п) выявлены колебания характеристических полос с амино- и фосфорорганическими функциональными группами сорбентов, что свидетельствует о возможной реализации хелатного взаимодействия и является определяющим при выборе ионита и режима извлечения целевого компонента.
4. Представлено адекватное математическое описание процессов извлечения элементов из растворов и последующей их десорбции в виде квадратичных полиномиальных зависимостей основных характеристик процессов сорбции/ десорбции (Г/,р_,д) от физико-химических параметров систем (Дц...1) в диапазоне исследованных значений с проверкой адекватности по критерию коэффициента детерминации (Й2) и дополнительным экспериментам, с ранее не использованными значениями аргументов.
5. Разработан, испытан и внедрен в производство ряд сорбционных технологий по селективному извлечению цветных и редких металлов из промышленных растворов с получением первичных концентратов для последующей переработки в товарные продукты по известным технологиям.
6. В обеспечении решения важной народно-хозяйственной задачи по расширению сырьевой базы цветной металлургии результаты выполненных исследований использованы в проектных решениях по модернизации технологии производства и при разработке технологических регламентов получения никеля, меди, цинка, свинца, индия на предприятиях ОАО «УГМК», , с ожидаемым экономическим эффектом свыше 60 млн. руб/год и эколого-экономическим эффектом от предотвращения загрязнения водоемов несколько сотен («400) млн. руб/год.
7. Полученные теоретические и экспериментальные результаты работы могут быть использованы в учебном процессе «Технического университета УГМК» и иных учебных заведений при подготовке технических специалистов, при написании учебников и учебных пособий, в справочных изданиях по металлургии цветных и редких металлов.
Направление дальнейшей разработки темы исследования:
1. Изучение применимости изученных сорбционных технологий для выделения ценных компонентов из растворов подземного и кучного выщелачивания, комбинирование технологий для извлечения и разделения ценных элементов.
2. Реализация технологий в промышленном масштабе, подтверждение возможности осуществления и экономической рентабельности представленных научных и технологических решений.
3. Исследование эффективной десорбции, позволяющей получать высоко концентрированные растворы при минимальном расходе элюентов.

Литература

1. Тимофеев, К.Л. Закономерности процессов сорбционного равновесия при извлечении цинка, кальция и магния из сточных вод амино-карбоксильными амфолитами / К.Л. Тимофеев, С.С. Набойченко // Металлург. - 2013. - № 2. - С. 35-38; 0,25 п.л./0,13 п.л.
Timofeev, K.L. Mechanism of sorption equilibrium in the recovery of zinc, calcium, and magnesium from waste water by the use of iminodiacetate resins / K.L. Timofeev, S.S. Naboichenko //Metallurgist. - 2013. - Vol. 57. - № 1-2. - P. 95-99; 0,31 п.л./0.16 п.л. (Scopus, Web of Science).
2. Тимофеев, К.Л. Кинетика сорбции цинка, кальция и магния из водных растворов аминодиуксусным ионитом Lewatit TP 207 / К.Л. Тимофеев, С.С. Набойченко, А.Б. Лебедь, Л.Ф. Акулич // Цветные металлы. - 2013. - № 8. - С. 59-64; 0,38 п.л./0,19 п.л..
Timofeev, K.L. Kinetics of zinc, calcium and magnesium sorption from water solutions, using the amine-diacetic ionite - Lewatit TP-207 / K.L. Timofeev, S.S. Naboychenko, A.B. Lebed, L.F. Akulich // Tsvetnye Metally. - 2013. - № 8. - P. 59-64; 0,38 п.л./0,19 п.л. (Scopus).
3. Королев, А.А. Организация рационального водопользования на ОАО «Уралэлектромедь» путем регенерации производственных растворов / А.А. Королев, А.Т. Крестьянинов, В.К. Гугля, К.Л. Тимофеев // Цветные металлы. - 2014. - № 10. - С. 99-102; 0,25 п.л./0,05 п.л.
Korolev, A.A. Organization of water management at Uralelectromed JSC by regenerating industrial solutions /A.A. Korolev, A.T. Krestyaninov, V.K. Guglya, K.L. Timofeev // Tsvetnye Metally. - 2014. - № 10. - P. 99-102; 0,25 п.л./0,05 п.л. (Scopus).
4. Тимофеев, К.Л. Исследование кинетики совместной сорбции ионов индия и железа на полифункциональном катионите / К.Л. Тимофеев, А.В. Усольцев, С.С. Набойченко, Г.И. Мальцев // Вестник Омского университета. - 2015. - № 3. - С. 55-61; 0,38 п.л./0,19 п.л.
5. Тимофеев, К.Л. Сорбция индия, железа и цинка из многокомпонентных систем на аминофосфоновых смолах / К.Л. Тимофеев, А.В. Усольцев, Г.И. Мальцев, И.Л. Тутубалина // Химия в интересах устойчивого развития. - 2015. - № 3. - С. 273-278; 0,38 п.л./0,19 п.л.
6. Тимофеев, К.Л. Кинетика сорбции ионов индия, железа и цинка слабокислотными катионитами / К.Л. Тимофеев, А.В. Усольцев, С.А. Краюхин, Г.И. Мальцев // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2015. - Т. 15. - № 5. - С. 720-729; 0,63 п.л./0,32 п.л.
7. Свиридов, А.В. Очистка промышленных стоков алюмосиликатными сорбентами / А.В. Свиридов, Е.В. Ганебных, Г.И. Мальцев, К.Л. Тимофеев // Цветные металлы. -2015. - № 12. -С. 42-47; 0,32 п.л./0,05 п.л.
Sviridov, A. V. Waste water treatment using silica-alumina sorbents /A. V. Sviridov, E.V. Ganebnykh, G.I. Maltsev, K.L. Timofeev // Tsvetnye Metally. - 2015. -№ 12. - P. 42-47; 0,32 п.л./0,05 п.л. (Scopus)
8. Тимофеев, К.Л. Сорбционная очистка никелевых растворов от металлов - примесей / К.Л. Тимофеев, С.А. Краюхин, Г.И. Мальцев // Вестник Южно- Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». -2016. - Т. 16. № 1. - С. 157-165; 0,56 п.л./0,28 п.л.
9. Тимофеев, К.Л. Извлечение индия из растворов высокодисперсными модифицированными алюмосиликатами / К.Л. Тимофеев, Г.И. Мальцев, А.В. Свиридов // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. - 2016. - Т. 59. -№ 7. - С. 35-41; 0,44 п.л./0,22 п.л.
Timofeev, K.L. Indium extraction from solutions with modified aluminosilicates / Timofeev K.L., Maltsev G.I., Sviridov A.V. //Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Khimiya I Khimicheskaya Tekhnologiya. - 2016. - Vol. 59. - № 7. - P. 35-41; 0,38 п.л./0,19 п.л. (Web of Science)
10. Тимофеев, К.Л. Кинетика сорбции ионов индия, железа, цинка на модифицированном монтмориллоните / К.Л. Тимофеев, Г.И. Мальцев, А.В. Свиридов// Вестник Московского университета. Серия 2: Химия. - 2017. -Т. 58. - № 3. - С. 135-143; 0,53 п.л./0,27 п.л.
Timofeev, K.L. Sorption kinetics of indium, iron, and zinc ions on modified montmorillonite / Timofeev, K.L., Maltsev, G.I. & Sviridov, A.V. //Moscow University Chemistry Bulletin. - 2017. - Vol. 72. - № 3. - P. 128-134; 0,44 п.л./0.22 п.л. (Scopus).
11. Тимофеев, К.Л. Сорбционная технология извлечения индия из растворов цинкового производства / К.Л. Тимофеев, Г.И. Мальцев, А.В. Усольцев, С.С. Набойченко // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2017. - № 2. - С. 43-50; 0,50 п.л./0,25 п.л.
Timofeev, K. L. Sorption technology of recovery of indium from solutions of zinc production /K. L. Timofeev, G. I. Maltsev, A. V. Usol’tsev, S. S. Naboichenko //Russian Journal of Non-Ferrous Metals 2017. - Vol. 58. - p. 225-230; 0,38 п.л./0,19 п.л. (Web of Science).
12. Тимофеев, К.Л. Сорбция индия на модифицированном монтмориллоните в динамическом режиме / К.Л. Тимофеев, Г.И. Мальцев, А.В. Свиридов, А.В. Усольцев // Химия в интересах устойчивого развития. 2017. - № 4. - С. 437-442; 0,38 п.л./0,19 п.л.
Timofeev, K.L. Sorption of indium over modified montmorillonite in dynamic mode / K. L. Timofeev, G. I. Mal’tsev, A. V. Sviridov, A. V. Usoltsev // Chemistry for Sustainable Development. - 2017. - Vol 25. - № 4. - P 404-409; 0,38 п.л./0,19 п.л. (Web of Science)
13. Timofeev, K.L. Deep treatment of copper plant waste water streams with water recycling / K.L. Timofeev, A.B. Lebed, A.J. Malyutin // Solid State Phenomena. 2017. - Vol. 265. - P. 937-944; 0,50 п.л./0,25 п.л. (Scopus).
14. Курдюмов, В.Р. Технология комплексной очистки шахтной воды с попутным извлечением цветных металлов / В.Р. Курдюмов, К.Л. Тимофеев, А.Б. Лебедь, Г.И. Мальцев // Цветные металлы. -2017. -№ 12. -С.25-29; 0,31 п.л./0,10 п.л.
Kurdiumov, V.R. Technology of integrated treatment of mine water with accompanying extraction of non-ferrous metals / V.R. Kurdiumov, K.L. Timofeev, A.B. Lebed, G.I. Maltsev // Tsvetnye Metally. - 2017. - № 12. - P. 25-29.; 0,31 п.л./0,11 п.л. (Scopus).
15. Курдюмов, В.Р. Особенности очистки шахтной воды по технологии обратного осмоса / В.Р. Курдюмов, К.Л. Тимофеев, С.А. Краюхин // Водоснабжение и санитарная техника. - 2018. - № 11. - С. 48-56; 0,56 п.л./0,20 п.л...